Warum folgen Elektronen der Leiterform?

Ich stecke fest und denke über diese Situation nach. Ich stelle mir vor, dass es zwei entgegengesetzt geladene Objekte in kurzer Entfernung gibt R , legen Sie einen Isolator hinein (kann ich Luft sagen?). Sie erzeugen ein elektrisches Nettofeld, aber da sie getrennt sind, fließen keine Elektronen. Dann verbinde ich sie mit einem bizarren leitenden Draht und Elektronen beginnen zu fließen, bis das Gleichgewicht erreicht ist.
Ich wundere mich:

  • Wie und warum folgt der Elektronenfluss der Form des Drahtes?

  • Liegt es am elektrischen Nettofeld?

  • Können wir sagen, dass sie lieber einem seltsamen Weg durch einen Leiter folgen als einem geraden, kürzeren durch einen Isolator?

Ich habe versucht, mir ein Bild von der beschriebenen Situation zu machen. Da es für mein Verständnis einfacher ist, sich das Fließen von Elektronen vorzustellen, habe ich ein umgekehrtes elektrisches Feld gezeichnet , damit sich die Ladung von niedrigem zu hohem Potential bewegt (hoffe, ich kann das!).

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Antworten (2)

Gar keine unangenehme Frage. Ich hatte die gleichen Zweifel und solche Details sind wichtig.

Die Sache ist die, dass Elektronen auf keinen Fall einen Isolator überqueren. Das braucht immense Energie oder Spannung (passiert bei Blitzeinschlägen).

  • Wenn ein Elektron eine Kante des Leiters erreicht, wird es daher gestoppt.
  • Dann trifft das nächste Elektron ein. Sie stoßen sich gegenseitig ab und bewegen sich überall hin, wo Platz ist. (Sie können sich nicht vorwärts bewegen, weil der Isolator die Bewegung mehr verhindert als die Abstoßung drückt. Und sie können sich nicht rückwärts bewegen, von wo aus mehr Elektronen ankommen. Also bewegen sie sich seitwärts entlang des gekrümmten Drahtes.

Jedes Mal, wenn es eine Ecke oder Kante erreicht, passiert dies. Dadurch werden die Elektronen unabhängig von der Form entlang des Leiterpfades geführt.

Wenn Sie den Draht durchschneiden, sodass die Elektronen ein Ende erreichen und nirgendwo hin können, haben sie keine andere Wahl, als anzuhalten und sich gegen die ankommenden Elektronen zu wehren. Bald sammeln sich mehrere Elektronen an dieser Sackgasse und das akkumulierte elektrische Feld wird groß genug, um der Spannung entgegenzuwirken, die sie überhaupt erst bewegt. Die Kräfte gleichen sich aus und alles hört auf sich zu bewegen. Dies ist ein offener Stromkreis.

Der Schlüssel hier ist zu erkennen, dass es eine gewisse Menge an Energie braucht, um Elektronen aus einem Festkörper ins Vakuum zu entfernen. Diese Energie ist durch die Austrittsarbeit gegeben . Die Austrittsarbeit ergibt sich dadurch, dass ein Metall neben Elektronen auch positiv geladene Nukleonen enthält, die die Elektronen am Festkörper gefangen halten.

Bei zwei entgegengesetzt geladenen Objekten, wie in Ihrem Beispiel, würden sich die Objekte selbst aufeinander zu bewegen (wenn sie sich frei bewegen könnten), aber Elektronen wären aufgrund der Austrittsarbeit auf die Objekte beschränkt. Bei ausreichend großem Potentialunterschied kann die Austrittsarbeit überwunden werden, die Elektronen können zwar durch die Luft gehen; Die Schwelle wird als Durchbruchspannung bezeichnet. So funktioniert Blitz.

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